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IQ-2006-1-21
1
OBTENCIÓN DE AMIDAS GRASAS A PARTIR DE ACEITE DE PALMA
HIBRIDO Y MONOETANOLAMINA (MEA)
NADIA ANDREA SKINNER MALDONADO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ D. C. JULIO DE 2006
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OBTENCIÓN DE AMIDAS GRASAS A PARTIR DE ACEITE DE PALMA HIBRIDO Y MONOETANOLAMINA (MEA)
NADIA ANDREA SKINNER MALDONADO
Tesis de grado
Asesor: Ing. Qco. M. Sc. Joaquín Tirano
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ D. C. JULIO DE 2006
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NOTA DE ACEPTACIÓN
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Dedico este trabajo a toda mi familia sobre todo a Isa, Rigo, Karl, Lina María,
Jaque, Mario y mi abuelita por confiar en mi y estar a mi
lado apoyándome en esta etapa de mi vida.
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos: A Joaquín Tirano, Ingeniero Químico, asesor de este proyecto. José María Robles, químico industrial y coordinado del laboratorio de ingeniería química de la universidad de los Andes A mis compañeros y amigos de toda la carrera, que me acompañaron desde afuera en el desarrollo de este trabajo. A mi familia por su apoyo. A mis amigos de los scout y los del colegio.
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TABLA DE CONTENIDO 1 RESUMEN ..................................................................................................................10 2 Justificación.................................................................................................................11 3 OBJETIVOS ................................................................................................................12
3.1 Objetivo General ................................................................................................12 3.2 Objetivos Específicos........................................................................................12
4 Marco teórico..............................................................................................................13 4.1 Amidas grasas....................................................................................................13 4.2 Alcanolamidas ....................................................................................................13
4.2.1 Obtención de alcanolamidas....................................................................14 4.3 Propiedades de las alcanolamidas .................................................................16 4.4 Usos de las Alcanolamidas ..............................................................................18 4.5 Situación de las amidas grasas en Colombia...............................................20
5 Materia prima..............................................................................................................22 5.1 Aceite de palma..................................................................................................22
5.1.1 Caracterización del aceite de palma.......................................................23 5.2 Monoetanolamina (MEA) ..................................................................................23
5.2.1 Caracterización de la monoetanolamida................................................25 5.2.2 Densidad.....................................................................................................25
5.3 Hidróxido de potasio..........................................................................................25 6 Experimentación.........................................................................................................26
6.1 Protocolo experimental .....................................................................................26 6.2 Diseño experimental..........................................................................................26 6.3 Procedimiento.....................................................................................................29
6.3.1 Caracterización materia prima.................................................................29 6.3.2 Reacción......................................................................................................32 6.3.3 Caracterización del producto final...........................................................33
7 Resultados y Análisis ................................................................................................36 7.1 Caracterización de materia prima...................................................................36
7.1.1 Aceite de palma..........................................................................................36 7.1.2 Monoetanolamina.......................................................................................37
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7
7.2 Caracterización del producto...........................................................................37 7.2.1 Monoetanolamida de palma.....................................................................39
8 Conclusiones y recomendaciones...........................................................................56 8.1 Conclusiones ......................................................................................................56 8.2 Recomendaciones .............................................................................................57
9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................58 ANEXO A. Productos obtenidos......................................................................................60 ANEXO B. Normas usadas para la caracterización de la materia prima y el producto final......................................................................................................................64 ANEXO C. Data sheet de las materias prima...............................................................71 ANEXO D. Cálculos en Excel…………………………………………………………79
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Lista de tablas
Tabla 1. Mercado de los surfactantes. ........................................................................... 14 Tabla 2. Temperaturas de fusión de monoetanolamidas, .......................................... 16 Tabla 3. Temperaturas de fusión de monoetanolamidas,........................................... 17 Tabla 4. Principales reacciones del grupo hidroxilo..................................................... 19 Tabla 5. Principales reacciones del grupo amida........................................................ 20 Tabla 6. Propiedades físicas de la monoetanolamina................................................ 24 Tabla 7. Rango de trabajo de los factores. Fuente: Autor .......................................... 27 Tabla 8. Factores que se mantuvieron constantes en la experimentación.............. 27 Tabla 9. Diseño experimental ......................................................................................... 28 Tabla 10. Condiciones de reacción para cada espectro............................................. 33 Tabla 11. Resultados de la caracterización del aceite de palma............................... 36 Tabla 12. Resultados de la caracterización de la MEAFuente: Autor ....................... 37 Tabla 13. Resultados del porcentaje de amina libre del producto final................... 38 Tabla 14. Resultados del porcentaje de amida presente y amina libre................... 39 Tabla 15. ANOVA para el porcentaje de amida presente........................................... 40 Tabla 16. ANOVA para el porcentaje de amina libre................................................... 45 Tabla 17. Resultados de la temperatura de fusión del producto final...................... 54 Tabla D 18. Tabla de resultados. Fuente: Autor ........................................................... 79 Tabla D 19. Resultados de la amina total. Fuente: Autor............................................ 80 Tabla D 20. Resultados de l porcentaje de ácidos grasos libres. Fuente: Autor..... 81 Tabla D 21. Resultados del porcentaje de aminoesteres. Fuente: Autor ................. 82
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Lista de figuras
Figura 1. Molécula de una alcanolamida ....................................................................... 13 Figua 2. Producción de oleoquímicos en Colombia..................................................... 20 Figura 3. Importación de productos oleoquímicos........................................................ 21 Figura 4. Importación de productos oleoquímicos....................................................... 21 Figura 5. Composición química de aceite de palma .................................................... 22 Figura 6. Protocolo experimental. Fuente: Autor ......................................................... 26 Figura 7. Superficie de respuesta de amida presente, con C: moles MEA=5. Fuente: Autor ...................................................................................................................... 42 Figura 8. Superficie de respuesta de amida presente, con B: %catalizador=0.6.Fuente: Autor ...................................................................................... 43 Figura 9. Superficie de respuesta de amida presente, con A: Temperatura=120. Fuente: Autor ...................................................................................................................... 44 Figura 10. Superficie de respuesta del % de amida libre, con C: moles MEA=5. Fuente: Autor ...................................................................................................................... 46 Figura 11. Superficie de respuesta % de amida libre, con B: %catalizador=0.6. Fuente: Autor ...................................................................................................................... 47 Figura 12. Superficie de respuesta % de amida libre, con.......................................... 48 Figura 13. Vibración de estiramiento y deformación.................................................... 49 Figura 14. Especto infrarrojo corrida 13. Fuente: Autor ............................................. 50 Figura 15. Especto infrarrojo corrida 4. Fuente: Autor ....................................................... 50 Figura 16. Especto infrarrojo corrida 14. Fuente: Autor ............................................. 51 Figura 17. Especto infrarrojo corrida 9. Fuente: Autor................................................ 51 Figura 18. Especto infrarrojo corrida 12. Fuente: Autor ............................................. 52 Figura 19. Especto infrarrojo corrida 5. Fuente: Autor................................................ 52 Figura 20. Especto infrarrojo corrida 11. Fuente: Autor ............................................. 53
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1 RESUMEN
Esta investigación analiza la reacción de trasnsamidación entre aceite de palma
hibrido y monoetanolamida (MEA) en presencia de un catalizador homogéneo
(KOH) para la producción de amidas grasas (alcanolamidas).
Después de realizar una búsqueda bibliográfica exhaustiva se establecieron los
factores de estudio y su rango de experimentación. Las variables escogidas son:
la temperatura, la relación molar entre reactivos y el porcentaje de catalizador,
posteriormente se desarrollo el diseño experimental mas adecuado para simplificar
la experimentación y cumplir con todos los objetivos planteados. A continuación se
llevó acabo la experimentación en tres partes, la caracterización de la materia
prima, la reacción y la caracterización del producto obtenido.
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2 Justificación
La industria oleoquímica en Colombia ha tenido un gran desarrollo en los últimos
años, basado sus investigaciones en todos los derivados que se pueden obtener
de los aceites vegetales (ácidos grasos, alcoholes grasos, esteres metílicos,
aminas, amidas y surfactantes), centrando su atención en el aceite de palma, por
que el país es uno de los mayores productores a nivel mundial.
En la actualidad los productos que más se comercializan en el país son los ácidos
grasos, los ésteres grasos, las sales grasas, los alcoholes grasos y el glicerol,
estos compuestos son denominados oleoquímicos básicos por ser la base de
producción de otros productos (surfactantes, amina y amidas grasas). Las
importaciones de oleoquímicos intermedios para su transformación interna
satisface la demanda total de todos los derivados de aceites que existe por parte
de la industria.
En este proyecto se basa en la producción de amidas grasas a partir de aceite de
palma, estas sustancias son usadas en diferentes industrias como la de
detergentes, cosméticos, lubricantes, plásticos, textiles y farmacéuticas gracias a
sus propiedades de controlar la producción de espuma, de incrementar la
viscosidad, de actuar como inhibidor de la corrosión y como agentes de activación
superficial.
Con este proyecto, se pretende evaluar bajo que condiciones de operación
(temperatura, relación molar de alimentación y cantidad de catalizador) la reacción
se ve favorecida.
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3 OBJETIVOS
3.1 Objetivo General
• Obtener monoetanolamida a partir de la reacción de aceite de palma hibrido
y monoetanolamina.
3.2 Objetivos Específicos
• Caracterizar el producto final (alcanolamida) mediante temperatura de
fusión, porcentaje de amina libre y cantidad de amida presente
• Establecer bajo que condiciones de trabajo (temperatura, cantidad de
catalizador y relación de alimentación) se obtiene un mayor rendimiento de
la reacción.
• Construir la superficie de respuesta que relacione los factores analizados.
• Identificar los grupos funcionales presentes en la molécula de la
monoetanolamida de palma producida a través de un análisis de
espectroscopia infrarroja.
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4 Marco teórico
4.1 Amidas grasas
Las amidas grasas con compuestos orgánicos derivados de los ácidos grasos que
tiene amplia aplicación en diferentes industrias, especialmente en la de
detergentes y sus derivados.
Las amidas grasas son compuestos que se pueden obtener por diferentes
caminos, a nivel industrial los más usados son la amonolisis y amidación. La
primera consiste en reacción de ácidos grasos con amoniaco en presencia de un
catalizador, altas temperaturas y presiones, mientras que la segunda se realiza
entre aceite de palma o cualquiera de sus derivados con una amina, esta reacción
requiere la presencia de un catalizador (homogéneo o heterogéneo), altas
temperaturas y bajas presiones.
4.2 Alcanolamidas
Figura 1. Molécula de una alcanolamida1
Las alcanolaminas son compuestos que pertenecen a los surfactantes o
tensoactivos no iónicos específicamente a los nitrogenados.
En el mercado de los surfactantes, los no iónicos equivalen al 25% del total de la
demanda2. La tabla 1 muestra la distribución actual mercado de estos
1 Referencia [13] 2 Referencia [13]
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compuestos.
Los surfactantes no iónicos no producen iones en solución acuosa, por esta
razón, estas sustancias son usadas como materia prima de detergentes,
humectantes y emulcificantes3. Tabla 1. Mercado de los surfactantes4.
4.2.1 Obtención de alcanolamidas
4.2.1.1 Ácidos grasos
La alcanolamida se obtiene al hacer reaccionar un ácido graso con una
alcanolamina (las mas usadas son monoetanolamina “MEA”, dietanolanina “DEA”
o trietanolamina “TEA”). La reacción de amidación ocurre a temperaturas altas
mayores a 100C y presión atmosférica.
AguaolamidaMonoeGrasoAcidoMEAOHNHCORCHHOCHRCOOHNHCHHOCH Cat
tan222222 +⎯→⎯+
Ecuación 1. Obtención de Alcanolamida a partir de ácidos grasos5
La reacción se lleva acabo en dos etapas, la primera es la formación de un jabon
de alcanolamina seguida de la formación de alcanolamida. Durante este proceso
se obtienen una cantidad significativas de subproductos (amina esteres y amida
3 Referencia [13] 4 Referencia [13] 5 Referencia [3]
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esteres)6, para disminuir la formación de subproductos se recomienda trabajar con
un exceso de la alcanolamina7.
4.2.1.2 Esteres de ácidos grasos
La reacción entre ésteres y alcanolaminas para producir alcanolamidas, se
recomienda trabajar a una temperatura de 80ºC y presión de vacío.
olMeolamidaEÉsterMEA
OHROHCHRCONHCHRCOORNHCHHOCH Cat
tantan
"" 22222 +⎯→⎯+
Ecuación 2. Obtención de Alcanolamida a partir de ésteres de ácidos grasos8
La reacción con esteres es utilizada para la obtención de alcanolamidas de alta
pureza, ya que durante su producción la cantidad de subproductos no es alta.
4.2.1.3 Aceite Natural (triglicérido)
Otro de los métodos que hay para la obtención de amidas grasas, es hacer
reaccionar un aceite vegetal con una alcanolamina, en un a reacción conocida
como transamidación.
GlicerololamidaEdoTriglicériMEAOHCOHCHCONHCHRROHCNHCHHOCH Cat
tan33 38322
3,2,13,2,1653222 +⎯→⎯+
Ecuación 3. Obtención de Alcanolamida a partir de aceites vegetales9
6 Referencia [3] 7 Referencia [3] 8 Referencia [3] 9 Referencia [3]
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Para que esta reacción se lleve a cabo es necesario trabajar a presión
atmosférica, temperaturas mayores a 100ºC, presencia de una catalizador (óxido
de zinc, hidróxido de potasio, metóxido de sodio, etc), se producen algunos
productos colaterales como son agua y glicerol, además se recomienda trabajar
con un exceso de etanolamina para disminuir la presencia de ésteres de la amina,
y ésteres y diésteres de la amida.
4.3 Propiedades de las alcanolamidas
Los estudios sobre las propiedades de las alcanolamidas se han ido desarrollando
continuamente. D’Alelie y Reid10 publicaron las temperaturas de fusión de algunas
monoetanolamidas y dietanolamidas de ácidos grasos, en la tablas 1 y 2 se
muestra los resultados obtenidos de esta investigación.
Tabla 2. Temperaturas de fusión de monoetanolamidas, RCONHCH2CH2OH11
R Acido graso Temperatura
de fusión
C11H23 Laúrico 78.2
C12H25 Tridencilico 91.8
C13H27 Miristico 87.4
C14H29 pentadecanoico 97.0
C15H31 Palmitito 94,4
C16H33 Margarico 99.2
C17H35 Esterico 96.1
10 Referencia [13] 11 Referencia [13]
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Tabla 3. Temperaturas de fusión de monoetanolamidas, RCON (CH2CH2OH)212
R Acido graso Temperatura
de fusión
C11H23 Laurico 38.7
C12H25 Tridencilico 45.3
C13H27 Miristico 47.9
C14H29 pentadecanoico 50.9
C15H31 Palmitito 65.1
C16H33 Margarico 67.9
C17H35 Esterico 69.7
Según las investigaciones realizadas sobre la tensión superficial de las
monoetanolamidas, se encontró que existe una relación inversa entre esta
propiedad y el peso molecular de la sustancia. Otra propiedad física que se ha
estudiado es la viscosidad de las alcanolamidas, encontrando valores mayores a
200 centipoises13.
La solubilidad en agua de las alcanolamidas puede explicarse a partir de la
estructura molecular de esta sustancia, la parte hidrófila esta formada por la
porción alcohólica de la alcanolamina donde los átomos de oxigeno y grupos
hidroxilos (OH) tienen la capacidad de formar puentes de hidrogeno con la
molécula del agua y algunos alcoholes
Otra cualidad interesante que tiene este compuestos es su comportamiento como
“booster” en los detergentes, que consiste en ser un estabilizarte en la formación
de espuma. También es importante por su capacidad de aumentar la viscosidad
de algunos productos14.
12 Referencia [11] 13 Referencia [13] 14 Referencia [13]
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18
4.4 Usos de las Alcanolamidas
Gracias a todas sus propiedades, las alcanolamidas son usadas en diferentes
industrias como cosmética y farmacéutica.
• Se utiliza como materia prima para la obtención de de productos sólidos
(cremas dermoprotectoras, jabones para las manos y productos de belleza
en general) ya que les proporciona una consistencia elástica, un color
transparente15.
• Es usado para aumentar la viscosidad y mejorar la propiedad espumante
de los detergentes líquidos16.
• Las alcalodamidas son adicionadas en pequeñas cantidades para mejorar
las propiedades de los jabones, como incrementar su brillo y disminuir la
tendencia a las grietas.17
• Son usados en la industria de cosméticos y en la farmacéutica para la
formación de emulsiones de agua y aceite, su mezcla con poliexitilenos de
esteres mejoran las propiedades de emulsificación haciéndola más eficiente
en agua dura.18
• Las monoetanolamidas sulfatadas en combinación con alcoholes sulfatados
son usadas para suavizar cueros y textiles.19
• Las monoetanolamidas que contienen entre siete y nueve átomos de
15 Referencia [13] 16 Referencia [13] 17 Referencia [13] 18 Referencia [13] 19 Referencia [13]
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19
carbono son usados como agentes de limpieza secos.20
• La combinación con sales de metal alcalinos se utiliza para inhibir la
corrosión de algunos metales.21
Como ya se había mencionado las alcanolamidas son sustancias altamente
reactivas por poseer en cada extremo de la molécula dos grupos funcionales
diferentes (hidroxilo y amino) que pueden reaccionar de diferente manera. A
continuación se elaborara una síntesis de las principales reacciones que sufren
estos compuestos.
• El grupo hidroxilo (OH) presenta diferentes reacciones como: halogenación,
sulfatación, hidrogenación, hidrohagenación, boración, fosforilación, entre
otras. En la tabla 4 ilustra algunos de estas reacciones.
Tabla 4. Principales reacciones del grupo hidroxilo22
Reacción Comentarios
Sulfatación Se lleva acabo en presencia acético, ácido propionico o
anhídridos.
OHHOSOCHRCONHCHSOHOHCHRCONHCH 23224222 +⎯→⎯+
Boración Producción de éster borato de alcanolamides.
OHBOCHRCONHCHBOHOHCHRCONHCH 23223322 3)(3 +⎯→⎯+
Fosforilación Producción de esteres de fosfato.
Esterif icación Se hace reaccionar una alcanolamida con oxido de etileno o glicidol o
un derivado etileno.
OHCHCOHOCHCHRCONHCHOHCOCHCHHOHCHRCONHCH
22222
2222 ⎯→⎯+
20 Referencia [13] 21 Referencia [13] 22 Referencia [13]
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20
El grupo amida tiene tres reacciones características: alkilación, acilación y Ring
Closure, en la tabla 5 se muestran algunas de estas reacciones.
Tabla 5. Principales reacciones del grupo amida23
Reacción Comentarios
Alkilación Se utiliza para la producción de polioxietilenoamides
Transesterificación Se utiliza para la producción de una sal acida de un
amino ester
HANHCHCHRCOOHCHRCONHCH HA *222222 ⎯→⎯
4.5 Situación de las amidas grasas en Colombia
La producción de oleoquímicos de Colombia en el 2001 fue de 29,608 toneladas, donde los productos más representativos fueron los tensoactivos con una participación del 75.1% (22,235 toneladas) y la glicerina con un 15.7% (4,637 toneladas). La obtención de ácidos grasos, alcoholes grasos, ésteres, aminas, amidas correspondió al 11.2% restante. En la figura 2 se muestra la proporción de todos los productos olequímicos producidos para el año 2001.
Figua 2. Producción de oleoquímicos en Colombia24
23 Referencia [13]
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21
Algunos de los productos que se importan son los denominados oleoquímicos básicos que sirven como mataría prima para la elaboración de otros oleoquímicos. El total de importaciones en el año 2001 fue de 24,303 toneladas, donde el 61.9% corresponde a los alcoholes grasos por ser el producto menos producido en el país, seguido de las aminas y amidas grasas.
Figura 3. Importación de productos oleoquímicos25
La exportaciones de oleoquímicos ascendieron en el año 2001 a 5,718 toneladas anuales, como era de esperarse los productos que más se exportan son los tensoactivos con 78% y la glicerina con 8.7% por ser las más producidos, además un 9.6% corresponde a alcoholes grasos esto se puede asociar que todas las importaciones no son para el consumo interno sino que también se redistribuye hacia otros país. Esto se muestra en la figura 4.
Figura 4. Importación de productos oleoquímicos26
24 Referencia [7] 25 Referencia [7]
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22
5 Materia prima
5.1 Aceite de palma
El aceite de palma se obtiene por extracción mecánica o extracción por solventes.
Las características más importantes de este compuesto son las siguientes: el
aceite crudo es de color anaranjado rojizo, tiene una apariencia semisólida, su
temperatura de fusión es de 33-40ºC. Esta sustancia es resistente a los procesos
oxidativos, por esto tiene una vida útil larga. En la figura 5 se muestra la
composición química del aceite de palma.
Figura 5. Composición química de aceite de palma27
Colombia es uno de los mayores productores de aceite de palma, en el año 2004
la producción fue de 631,80028 toneladas de las cuales 61% se consumió en el
mercado interno y el 39% restante se exportó.
El aceite de palma se utiliza en la industria alimentaría, en la producción de
26 Referencia [7] 27 Referencia [4] 28 Referencia [4]
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biodiesel, en la industria cosmética y farmacéutica
5.1.1 Caracterización del aceite de palma
5.1.1.1 Índice de yodo
El índice de yodo es una medida de las instauraciones (doble enlace) presentes
en las cadenas de ácidos grasos que conforman el aceite. Este valor se establece
con la norma ICONTEC No. 283
5.1.1.2 Humedad
La humedad muestra el contenido de agua en el aceite. Para determinar la
humedad del aceite de palma se uso la norma ICONTEC No.4659.
5.1.1.3 Índice de acidez
El índice de acidez se define como los ácidos libres presentes en el aceite. Este
valor esta relacionado con la degradación del aceite. Para la caracterización del
aceite de palma se uso la norma ICONTEC No. 218.
5.2 Monoetanolamina (MEA)
Pueden ser sintetizados por la reacción entre amoniaco y clorhídrico de etileno
(ecuación 4) o oxido etileno (ecuación 5). Los factores que más afectan en la
formación de alcanolaminas son la temperatura, la presión y la reacción molar
entre reactivos.
( ) ( )TEADEAMEAAmónico
OHCHCHNHOHCHCHNHOHCHNCHHOHCHClCHNH 32222222222223 →→→+
Ecuación 4. Obtención de las etanolaminas a partir de amoniaco y clorhídrico de etileno29
29 Referencia [13]
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( ) ( )
TEADEAMEAetilenoóxidoAmónicoOHCHCHNHOHCHCHNHOHCHNCHHCOCHHNH 32222222222223 →→→+
Ecuación 5. Obtención de las etanolaminas a partir de amoniaco y oxido etileno30 Comercialmente la monoetanolamina se encuentra como un líquido incoloro, con
olor amoniacal31, para este proyecto el distribuidor fue Disproquímica. Las
propiedades físicas más importantes se enumeran en la tabla 6. El data sheet esta
sustancia se encuentra en el ANEXO B.
Tabla 6. Propiedades físicas de la monoetanolamina32
Propiedad Valor
Peso Molecular (g) 61
Peso especifico 1.022
Punto de ebullición 1atm (ºC) 170,8
Presión de vapor 0.48
Viscosidad (cp) 24.1
Punto de congelación (ºC) 10.5
Solubilidad en: Agua, acetona, metanol y algunos
solventes orgánicos.
Esta sustancia es empleada en detergentes no iónicos, en el tratamiento de
textiles, en pinturas, en productos agrícolas, en compuestos para prevenir la
corrosión33.
30 Referencia [13] 31 Referencia Anexo B 32 Referencia Anexo B 33 Referencia [1]
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5.2.1 Caracterización de la monoetanolamida
5.2.1.1Amina libre La amina libre es la cantidad de amina sin reaccionar de alguna sustancia.
5.2.2 Densidad
La densidad es una propiedad característica de cada sustancia, en esta se relaciona la cantidad de masa presentes en un volumen definido.
5.3 Hidróxido de potasio
El KOH analítico que se uso tiene forma de lentejas blancas (distribuido por
Merck) con una pureza de 95%. Entre sus principales propiedades físicas se
encuentra que es altamente soluble en etanol, glicerol y agua, tiene elevados
puntos de fusión y ebullición, 360ºC y 1320ºC respectivamente. Su densidad es de
2.044g/cm3.
Este compuesto es una base fuerte que se utiliza en valoraciones cuantitativas.
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6 Experimentación
6.1 Protocolo experimental
Caracterización de la materia prima
ReacciónPr = 1atm
Agitación constante 250rpmCatalizador homogéneo
Aceite de palma
Humedad Índice de acidez Índice de yodo
Densi dad
Monoetanolamina(MEA)
Anima Libre Densidad
Caracterización del producto final
Monoetamolamida de palma
Espectro Infrarrojo% de amina libre
% amidaTemperatura de fusión
Factores a variar :Temperatura (100ºC-140ºC)
% de catalizador (0.3%-0.9%)Relación molar de reactivos
(1:4-1:6)
Figura 6. Protocolo experimental. Fuente: Autor
6.2 Diseño experimental
Uno de los objetivos del proyecto es determinar la superficie de respuesta que
permita analizar la influencia que tienen los diferentes factores escogidos, sobre el
porcentaje de amida obtenida en la reacción, estableciendo los niveles que
maximizan la respuesta de interés. Para poder lograr esto, se utilizaro el diseño
experimental centrado compuesto con centro en las caras que permite analizar
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tres niveles por factor con el menor número de experimentos, además permitirá
realizar el ajuste al modelo mas adecuado del experimento. Los parámetros que
afectan esté diseño son: la distancia α de corridas axiales al centro del diseño y el
número de puntos centrales (nc). Para el diseño centrado compuesto con centro
en las caras α es igual a 1 y se aconseja trabajar con nc igual a 2 o 3 para tener
una buena varianza o 2<nc<7 si se quiere obtener una mejor estimación del error
experimental34.
Los factores que intervienen durante la reacción se tienen: la temperatura, la
presión, el tiempo de reacción, la relación de alimentación de los reactivos, el tipo
de catalizador, la cantidad de catalizador y velocidad de agitación. Para este
proyecto se analizo como influye la temperatura, la cantidad de catalizador y la
relación de alimentación en el rendimiento de la reacción, en la tabla 7 se numeran
los factores y los rangos en los que se va a trabajar.
Tabla 7. Rango de trabajo de los factores. Fuente: Autor
FACTOR RANGO INFERIOR RANGO SUPERIOR
Temperatura (ºC) 100 140
Relación Molar 1:4 1:6
% catalizador 0,3 0,9
Los otros factores se mantuvieron constantes, los valores de estos se muestran en
la tabla 8.
Tabla 8. Factores que se mantuv ieron constantes en la experimentación. Fuente: Autor
FACTOR VALOR
Tiempo de reacción 3 horas
Tipo de Catalizador Homogéneo
Presión Atmosférica
34 Referencia [10]
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Velocidad agitación 250rpm
Para definir el diseño experimental se utilizo Desing Expert® donde se tomaron los
6 puntos axiales con su correspondiente repetición y 5 puntos centrales, según lo
anterior se realizó 17 experimentos y en la tabla 9 se muestra el diseño que se
usó. Experimento relaciona las condiciones de operación del reactor que se van
variando mientras que la corrida nos indica el orden a seguir para mantener una
aleatoriedad de los datos.
Tabla 9. Diseño experimental 35
Experimento Corrida Temperatura
%
Catalizador
Relación
molar
17 1 120 0,6 1:5
8 2 120 0,9 1:5
2 3 100 0,6 1:5
13 4 120 0,6 1:5
5 5 120 0,3 1:5
10 6 120 0,6 1:4
15 7 120 0,6 1:5
16 8 120 0,6 1:5
11 9 120 0,6 1:6
6 10 120 0,3 1:5
3 11 140 0,6 1:5
7 12 120 0,9 1:5
1 13 100 0,6 1:5
9 14 120 0,6 1:4
14 15 120 0,6 1:5
12 16 120 0,6 1:6
35 Resultado proporcionado por el programa Design Ex pert.
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29
4 17 140 0,6 1:5
6.3 Procedimiento
6.3.1 Caracterización materia prima
6.3.1.1 Aceite de palma
6.3.1.1.1 Índice de yodo
Para determinar el índice de yodo del aceite de palma, se utilizo el procedimiento
descrito en la Norma Técnica Colombiana ICONTEC No. 283 “Grasas y Aceites:
Determinación del índice de yodo”.
En un matraz de 500 mL se adiciona 0.5288gr de aceite, 20 mL de cloroformo y 25 mL de solución de Wijs, esta mezcla se deja en reposo en un lugar oscuro por media hora y a temperatura ambiente, al cumplirse tiempo se adiciona 20ml una solución al 15% de yoduro de potasio y 100ml de agua destilada, esta solución se titula con tiosulfato de sodio (0.01N) usando 2 mL de solución de almidón al 1% como indicador y se espera hasta que se desaparezca el color. El índice de yodo se calcula en la siguiente forma:
GNVV
I69.12**)( 2−
=
I = índice de yodo.
V = promedio de los volúmenes en ml de solución 0,1 N de tiosulfato de
sodio empleados en las determinaciones en blanco.
V2 = Volumen en ml de solución de tiosulfato de sodio empleado en las
determinaciones sobre la muestra.
G = peso en gramos de la muestra.
N = Normalidad de la solución de tiosulfato se sodio.
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30
6.3.1.1.2 Humedad
Para determinar la humedad del aceite de palma, se utilizo el procedimiento
descrito en la Norma Técnica Colombiana ICONTEC No. 4659 “Grasas y Aceites:
Determinación de la humedad método de Karl Fischer.
Se pesa 10g de aceite de palma y se agrega al recipiente de reacción del aparato
de Karl-Fischer que contiene se agita durante 30 segundos y se adiciona el
reactivo de Karl-Fischer hasta alcanzar el punto final como lo indica la lectura del
instrumento o hasta un cambio de color de la muestra. Se toma la cantidad de
reactivo usado.
El contenido de agua se da por la ecuación:
mrV
W%100**
=
W= contenido de agua, expresado como porcentaje de agua.
V = volumen en mililitros de reactivo de Karl-Fischer usado.
r = equivalente de agua del reactivo de Karl-Fischer en gramos por mililitro.
m = Masa, en gramos, de la porción de ensayo.
6.3.1.1.3 Índice de acidez
Para determinar el índice de acidez del aceite de palma, se utilizo el
procedimiento descrito en la Norma Técnica Colombiana ICONTEC No. 218
“Grasas y Aceites: Método determinación de acidez.
Se pesa 7.05g de aceite de palma y se coloca en un erlenmeyer de 250mL. En
otro erlenmeyer se coloca 75gmL de etanol y se calienta hasta alcanzar 70ºC,
luego se neutraliza titulando con una solución 0,1N de hidróxido de potasio usado
0,5mL fenolftaleína como indicador, esta solución se vierte en el elenmeyer que
IQ-2006-1-21
31
contiene la muestra de aceite y se calienta hasta la ebullición. Posteriormente la
solución de aceite con alcohol se titula con hidróxido de potasio (0,1N) hasta que
se genere un cambio de color que perdure por lo menos 30s.
Acidez expresada en % de acido palmitito
mNv
A**6,25
=
Siendo:
v = Volumen de solución de hidróxido de sodio empleado en el ensayo en
cm3
N = Normalidad de la solución de hidróxido de sodio empleado en el
ensayo
m = La masa de muestra en gramos
282 = Masa molecular del acido palmitito.
6.3.1.1.4 Densidad
Se pesa un picnómetro de 50mL vació, luego se llena completamente con aceite
de palma previamente calentado (40 ºC) y se vuelve a pesar. Se repite
procedimiento con agua.
6.3.1.2 Monoetanolamina
6.3.1.2.1 Amina total o amina libre
Pesar 1g del producto obtenido y se disuelve en 50mL de acido acético glacial,
luego se agrega unas gotas de violeta de cristal como indicador y titular con
ácido perclórico en ácido acético (0,1N) hasta alcanzar un color verde. Se realiza
este mismo procedimiento para una muestra en blanco con el solvente.
%amina total =W
MfBA **)( −
IQ-2006-1-21
32
Siendo:
A = mL de solución 0.1N de ácido perclórico consumidos en la muestra.
B = mL de solución 0.1N de ácido perclórico consumidos en el blanco.
f = concentración d3e la solución.
W =peso de la muestra (g).
M = factor de la monoetalonamina equivalente a 0.61.
6.3.1.2.2 Densidad
Se pesa un picnómetro de 50mL vació, luego se llena completamente con
monoetanolamina y se vuelve a pesar. Se repite procedimiento con agua.
6.3.2 Reacción
Para definir el procedimiento se usó el estudio realizado por Dzulkefly, Hamdan, Zaizi, Anuar y Badri sobre la síntesis y caracterización monoetanolamida de aceite de palma donde se hace reaccionar una mol de aceite con 3 moles de MEA en presencia de una catalizador homogéneo. De acuerdo al procedimiento sugerido por Dzulkefly, Hamdan, Zaizi, Anuar y
Badri, se pesa 833g de aceite de palma y se adicionan al reactor, posteriormente
se pesa la cantidad de monoetanolamina y de catalizador según las
especificaciones del experimento, ver tabla 9. Se procede al tapado del reactor y
ajustar en el panel de control del equipo las condiciones de operación, presión
atmosférica, agitación de 250rpm y temperatura de operación según la plantación
de la tabla 9.
Se debe esperar a que el reactor llegue a la temperatura de operación para
contabilizar el tiempo de reacción (3 horas), en ese momento se apaga el equipo y
se procede a la extracción del producto resultante.
IQ-2006-1-21
33
6.3.3 Caracterización del producto final
6.3.3.1 Monoetanolamida de palma
6.3.3.1.1 Espectro infrarrojo
Debido al costo, solo se obtuvieron siete espectros. En la tabla 10 se muestra las
condiciones de la reacción para cada una de las muestras.
Tabla 10. Condiciones de reacción para cada espectro.
Fuente: Autor
Corrida Temperatura (ºC) Relación Molar % Catalizador 13 100 1:5 0.6 4 120 1:5 0.6 14 120 1:4 0.6 9 120 1:6 0.6 12 120 1:5 0.9 5 120 1:5 0.3 11 140 1:5 0.6
El procedimiento se inicio con la limpieza de los lentes usando acetona, donde se
va a colocar la muestra. Luego con una espátula muy pequeña se toma un poco
de la muestra que se desea analizar y se esparce sobre uno de los lentes y el otro
se coloca encima, este sistema se lleva al equipo donde la muestra se somete a
una fuente de radiación de infrarrojo, por medio de un detector se mide la energía
radiante que emerge la sustancia y la traduce a un grafico que se muestra en el
software OMNIC en la computadora.
6.3.3.1.2 Amina total
Se lleva acabo por el mismo procedimiento se que uso en 6.3.1.2.1.
IQ-2006-1-21
34
6.3.3.1.3 Acido graso libre
Pesar 1g del producto y disolverlo en 50mL de alcohol isopropilico, agregar 5
gotas de fenolftaleína y titular con una solución de hidróxido de sodio (0.1N).
%ácidos grasos libres =W
MfV **
V = mL de solución 0.1N de hidróxido de sodio consumidos
f = concentración de la solución de NaOH
W =peso de la muestra (g)
M = factor para acido graso de la almendra de palma equivalente a 2.1
6.3.3.1.4 Aminoesteres
Pesar 1g del producto final para disolver en 60mL de eter etílico, lavar tres veces
con 30mL de solución 10% de cloruro de sodio. Evaporar el eter a temperatura
ambiente. Disolver el residuo resultante en 50mL de acido acético glacial
adicionar violeta de cristal y titular con ácido perclórico en ácido acético (0,1N).
Se realiza este mismo procedimiento para una muestra en blanco con el solvente.
%aminoésteres=W
MfBA **)( −
A = mL de solución 0.1N de ácido perclórico en ácido acético consumidos
en la titilación.
B = mL de solución 0.1N de ácido perclórico en ácido acético consumidos
en el blanco.
f = concentración d3e la solución.
W =peso de la muestra (g).
M = factor del éster de ácido graso de la almendra de palma y la MEA.
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35
6.3.3.1.5 Amina libre
La amina libre se calcula a partir de los datos anteriores.
%amina libre =3
1*(M
MAEAT −
AT = porcentaje de amina total determinada
AE = porcentaje de aminioésteres determinada
M1 = factor de la monoetanolamina equivalente a 0.61
M3 =factor del éster de ácido graso de la almendra de palma y la MEA
equivalente a 2.53
6.3.3.1.6 Amida presente
La índice de amida se calcula a partir de los datos anteriores.
%amida presente =3
1 )*(M
MAEAT −
AT = porcentaje de amima total determinado
AE = porcentaje de aminioésteres determinado
AL= porcentaje de ácidos grasos libres determinado
M1 = factor para acido graso de la almendra de palma equivalente a 2.1
M3 =factor del éster de ácido graso de la almendra de palma y la MEA
equivalente a 2.53.
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36
7 Resultados y Análisis
7.1 Caracterización de materia prima
7.1.1 Aceite de palma Tabla 11. Resultados de la caracterización del aceite de palma.
Fuente: autor
Característica Valor
Experimental
Valor
Teórico
Humedad (%) 0.13 0.15
Índice de yodo 76,7 49-55
Índice de acidez 7.2 6.03
Densidad 40ºC (g/ml) 0.91 0.93
La caracterización que se realizo sobre el aceite fue para mirar cuales eran las condiciones del material antes de realizar la reacción. El valor de humedad que se obtuvo fue de 0.13%, las condiciones de almacenamiento del producto no fueron las mas adecuadas ya que el producto estuvo en constante contacto con el aire y la humedad del material varía por la capacidad higroscópica que tiene esta sustancia de absorber la humedad del aire variando la concentración de agua en cada una de las muestras. El método utilizado para determinar el índice de yodo en la muestra es muy sensible a los errores experimentales por esta razón se debe ser muy precisos en la experimentación, el valor que se obtuvo se encuentra por encima de los valores teóricos. El índice de acidez del aceite varia con el tiempo, recién obtenido su valor es bajo pero conforme va pasando el tiempo este valor se hace cada vez mayor sobre todo si no hay una protección contra el aire con fue el almacenamiento utilizado para el material. Se calculo el índice de acidez se realizo con base al acido palmitito por temer una presencia en el producto del 44%.
IQ-2006-1-21
37
7.1.2 Monoetanolamina
Tabla 12. Resultados de la caracterización de la MEAFuente: Autor
Característica Valor
Experimental
Valor
Teórico
Amina libre (%) 80,04
Densidad 16ºC (g/ml) 1,051 1.4
La monoetanolamina comercial que se utilizo es una solución agua el porcentaje de amina libre fue de 80.04% esto quiere decir que el producto tiene una relación de 80:20. La consistencia del producto no fue totalmente cristalina ya que en la mayoría se presento una turbidez de color blanca que pudo modificar el peso de esta alterando un poco el resultado obtenido, el valor calculado fue de 1.051 que se encuentra entre el rango teórico.
7.2 Caracterización del producto
Para el análisis estadístico de los datos que se obtuvieron durante la experimentación se utilizó el software Desing Expert®.
IQ-2006-1-21
38
Tabla 13. Resultados del porcentaje de amina libre del producto final.
Fuente: Autor
Corrida
% Amina
total
%
aminoesteres
% Ácidos
grasos libres
1 35.5 12.3 0.27 2 29.5 11.8 0.28 3 36.3 12.1 0.31 4 30.0 10.8 0.28 5 36.7 12.7 0.47 6 37.5 12.4 0.33 7 35.7 13.4 0.51 8 33.2 11.3 0.41 9 37.4 13.2 0.43 10 32.2 12.5 0.44 11 33.4 12.1 0.30 12 33.5 11.9 0.39 13 36.1 13.3 0.40 14 35.3 12.8 0.42 15 36.1 11.9 0.43 16 38.9 14.1 0.45 17 31.2 13.1 0.33
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39
7.2.1 Monoetanolamida de palma
Tabla 14. Resultados del porcentaje de amida presente y amina libre. Fuente:Autor
Corrida
%
Amida
% Amina
libre
1 82.3 25.3 2 81.6 19.7 3 81.3 26,3 4 82.1 21 5 81.8 26.2 6 79.3 27.2 7 80.1 24.6 8 79.7 23.8 9 82.7 6
10 79.4 21,8 11 82.2 23.4 12 80.4 23.6 13 80.6 25,1 14 81.5 24,7 15 79.3 26,2 16 80.2 27,2 17 81.4 20.3
El análisis ANOVA se realizo para definir cual de los modelos presentes el software Desing Expert® ajusta de manera más adecuada los datos obtenidos durante las experimentación. Después de analizar los diferentes modelos se encontró que el modelo cuadrático es el más apropiado y en la tabla 15 se muestra el análisis ANOVA para este modelo. La desviación estándar fue de 1.67 con R2 igual a 0.69.
IQ-2006-1-21
40
Tabla 15. ANOVA para el porcentaje de amida presente36. Sum of Mean F p-value
Source Squares df Square Value Prob > F
Model 61,8 6 10,3 3,71 0,003 A-Temperatura 36,0 1 36,0 12,95 0,005 B-%Catalizador 7,3 1 7,3 2,62 0,136 C-moles MEA 0,0 1 0,0 0,01 0,930 AB 0,0 0 AC 0,0 0 BC 0,0 0 A^2 4,9 1 4,9 1,75 0,215 B^2 3,9 1 3,9 1,41 0,262 C^2 2,9 1 2,9 1,05 0,330 Pure Error 27,8 10 2,8 Cor Total 89,6 16 g
Con el valor p se puede determinar que tan significativos son los datos, para
valores p mayores a 0.005 se puede decir que son poco significativos. En la tabla
15 se puede ver que el único factor que afecta significativamente la producción de
amida es la temperatura, mientras que los otros dos factores (% de catalizador y
relación molar) no influyen.
Para generar la superficie de respuesta del porcentaje de amida presente no se
pueden evaluar todos los factores, por esta razón se analizan solo dos de ellos y
mantener el otro constante. En las figuras 7, 8 y 9 se muestran la interacción entre
el porcentaje de catalizador y la temperatura, la relación molar y la temperatura, y
36 Resultados estadísticos realizados en el programa Design Expert.
IQ-2006-1-21
41
la relación molar y cantidad de catalizador respectivamente con el porcentaje
amida presente en el producto. Las superficies que se analizaran fueron donde
se mantenía constante el punto medio de operación de cada uno de los factores
ya que en estas contaban con 5 puntos diferentes mientas que si se mantenía
constante alguno de los extremos (máximo o mínimo) la superficie de respuesta
solo contaba con dos puntos. Con esta decisión en ninguna de las figuras se
muestra el punto máximo o mínimo de la reacción.
La figura 7 se muestra la gran influencia que tiene la temperatura en la obtención
de la amida y se comprueba los resultados de la ANOVA, a una temperatura de
100ºC, 0.3% de KOH y 5 moles de MEA el porcentaje de amida es de 58.7, si se
mantiene constante el porcentaje del catalizador y los moles de MEA y se sube la
temperatura a 140ºC se incrementa la proporción de amida presente a 66.3%.
Ahora miremos el otro extremo donde se mantendrá constante las 5 moles de
MEA y 0.9% de KOH, se observa la cantidad amida es 62.25% a 100ºC,
mientras que 140ºC es de 68.7%,
Este mismo análisis se puede hacer para el porcentaje de KOH y mirar si su
influencia es significativa o no, a una temperatura de 100ºC, 0.3% de KOH y 5
moles de MEA se observa un porcentaje de 58.7, mientras que a 0.9% de
catalizador la cantidad de amida es de 62.25
IQ-2006-1-21
42
Figura 7. Superficie de respuesta de amida presente, con C: moles MEA=5. Fuente: Autor
La figura 8 se muestra la superficie de respuesta en función de la temperatura y
las moles de MEA manteniendo constante la cantidad de KOH (0.5%), en esta se
puede ver nuevamente que la temperatura es el factor que más influye en la
producción de amida, a una temperatura de 100ºC, cuatro moles de MEA y 0.3%
de KOH el porcentaje de amida es de 58.7 y a esas mismas condiciones pero a
una temperatura de 140 ºC la cantidad de amida es de 64.93%. Si analizamos la
producción de amida manteniendo las siguientes condiciones constantes, el
porcentaje catalizador y 6 moles de MEA encontramos que la amida presente a
100ºC es 58.7% y a 140ºC 64.93. Según lo anterior, el cambio entre 4 y 6 moles
de MEA es muy despreciable.
El mayor valor que alcanza la relación de estos dos factores es de 66% de amida
y se logra a una temperatura de 140ºC, 0.6% de KOH y 5 moles de MEA, este
valor puede verse claramente en la grafica y se encuentra en la región de color
anaranjada que se identifica como la zona de mayor porcentaje de amida.
Mientras que el punto mínimo se comparte en dos puntos como se muestra en la
región azul de la superficie, estos puntos son: temperatura 100ºC, 0.6% de
catalizador y 4 moles de MEA y el otro en condiciones similares solo se modifica el
número de moles a 6.
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43
Figura 8. Superficie de respuesta de amida presente, con B: %catalizador=0.6.Fuente: Autor La figura 9 se muestra la relación entre el porcentaje de catalizador y las moles de
MEA en la obtención de la monoetanolamida de palma. Se puede observar que
estos factores no tienen una influencia significativa en el porcentaje de amida
presente como se mostró en el análisis ANOVA. Esta superficie es tipo silla, esto
se puede verse por la forma que tiene la grafica de contorno en el eje 0.
Según esta figura la mayor cantidad de producto se obtiene 120ºC, 5 moles de
MEA y 0.9% de KOH y es de 64%, que es un valor intermedio entre el valor mas
alto y el mas bajo, esto puede observarse en los colores de la grafica que se
encuentran entre un azul claro y un verde que es el rango intermedio de
porcentaje de amida.
IQ-2006-1-21
44
Figura 9. Superficie de respuesta de amida presente, con A: Temperatura=120. Fuente: Autor
7.2.1.1 Porcentaje de amina libre
El análisis ANOVA (tabla 16) se realizo para un modelo cuadrático que fue el que
mejor ajusto los datos, porque el valor F del modelos es significativo el valor p es
menor que 0.005. La desviación estándar de los datos fue de 1.51 con un R2 igual
a 0.71.
El análisis ANOVA muestra que el valor de p para la temperatura es menor a
0.005 lo que indica que este factor es significativo, mientras que el valor p para la
relación de alimentación y el porcentaje de KOH son mayores a 0.005 mostrando
su poca influencia.
IQ-2006-1-21
45
Tabla 16. ANOVA para el porcentaje de amina libre37.
La figura 10 se puede observar como es el comportamiento de la superficie de
respuesta de la amina libre en el producto, básicamente en la grafica se identifican
3 zonas cada una con diferente color. La de color rojo nos indica donde se genera
la mayor proporción de amina libre, con 26,5% como punto máximo y se logra en
100ºC, 0.3% de catalizador y 5 moles de MEA. La región verde es la zona media y
más extensa de la superficie, esta muestra que a esas condiciones de trabajo se
generan una cantidad de amina libre intermedia alrededor de 24.5%. La última
región es la azul donde se encuentra el punto mínimo de la superficie 19.7% que
se localiza en 140ºC, 0.9% de KOH y 5 moles de MEA. En esta figura no se 37 Resultados estadísticos realizados en el programa Design Expert.
Sum of Mean F p-value
Source Squares df Square Value Prob > F
Model 60,81 6,00 10,14 4,00 0,003
A-Temperatura 33,06 1,00 33,06 13,04 0,00 B-%Catalizador 23,52 1,00 23,52 9,27 0,01
C-moles MEA 2,10 1,00 2,10 0,83 0,38 AB 0,00 0,00
AC 0,00 0,00 BC 0,00 0,00
A^2 0,81 1,00 0,81 0,32 0,58 B^2 0,00 1,00 0,00 0,00 0,97
C^2 1,27 1,00 1,27 0,50 0,50 Pure Error 25,36 10,00 2,54
Cor Total 86,18 16,00
IQ-2006-1-21
46
puede identificar claramente cual de los dos factores es el mas significativo porque
ambos intervienen.
Figura 10. Superficie de respuesta del % de amida libre, con C: moles MEA=5. Fuente: Autor
La figura 11 se muestra la superficie de respuesta que relaciona el porcentaje de
amina libre con la temperatura y las moles de monoetanolamina manteniendo
constante la cantidad de catalizador en 0.6% de KOH. Básicamente se observan
dos zonas de diferente color, la primera de color rojo-anaranjado que indica bajo
que condiciones de trabajo se obtiene la mayor cantidad de amina, se ve
claramente que se genera a bajas temperaturas de trabajo (100ºC-110ºC) y a
cualquier cantidad de moles de MEA. La otra región se identifica con el color
verde-azul claro y es donde se producen cantidades intermedias de amina (26%-
22.5%), esto se logra a temperaturas mayores a 110ºC y diferentes relaciones
molares de alimentación de los reactivos (1:4-1:6).
El porcentaje de amina libre se puede asociar con la cantidad molar de MEA con
la que trabajo la reacción, por esta razón el punto máximo de la superficie se
encuentra a una relación de 1:6 y su valor es de 27.3%.
IQ-2006-1-21
47
La interacción entre los dos factores muestra claramente que la temperatura es el
factor que más afecta la conversión de la amina como se menciono en la ANOVA.
Figura 11. Superficie de respuesta % de amida libre, con B: %catalizador=0.6. Fuente: Autor
La figura 12 se muestra la grafica que relaciona el porcentaje de amina libre con la
cantidad de catalizador y las moles de MEA manteniendo constante la temperatura
(120ºC). se observa que la superficie esta formada por dos regiones, la primera
es una fracción muy pequeña de color rojo-anaranjado que identifica el punto
máximo, se encuentra localizada en la intercepción de las condiciones mas bajas
de trabajo (4 moles de MEA y 0.3% de KOH). La otra región es la verde-azul claro
que representa en su mayoría toda la superficie, aquí el porcentaje de amina se
encuentra entre 22-26.5 un rango intermedio, por esta razón se puede decir que
estos dos factores no influyen de manera significativa en la cantidad de amida libre
presente en el producto.
IQ-2006-1-21
48
Figura 12. Superficie de respuesta % de amida libre, con A: Temperatura=120. Fuente: Autor
7.2.1.2 Espectro Infrarrojo
Aunque, se cree que las moléculas esta formadas por enlace entre átomos
completamente rígidos, esto no es completamente cierto, debido a que los
átomos se encuentran en constante movimiento causado por vibraciones a una
frecuencia característica, generados por movimientos de estiramiento o
movimientos de deformación, como se ve en la figura 13.
IQ-2006-1-21
49
Figura 13. Vibración de estiramiento y deformación
El tipo y la cantidad de vibraciones dependen del número de átomos de la
sustancia y del la geometría de las moléculas. La monoetanolamida es un
compuesto no lineal y se esperaría que tuviera 3n-638 tipos de vibración diferentes,
donde n es el número de átomos que forman la molécula, según esto, la cantidad
de vibraciones es muy grande pero no todas pueden ser detectadas por el
infrarrojo.
Se puede decir que las vibraciones de una molécula es el resultado de la
contribución de todos los átomos que la componen y esto puede ser expresado de
manera cualitativa como la frecuencia de vibración del enlace (cm-1).
7.2.1.2.1 Espectro Infrarrojo Obtenidos
38 Referencia [5]
IQ-2006-1-21
50
Figura 14. Especto infrarrojo corrida 13. Fuente: Autor
Figura 15. Especto infrarrojo corrida 4. Fuente: Autor
IQ-2006-1-21
51
Figura 16. Especto infrarrojo corrida 14. Fuente: Autor
Figura 17. Especto infrarrojo corrida 9. Fuente: Autor
IQ-2006-1-21
52
Figura 18. Especto infrarrojo corrida 12. Fuente: Autor
Figura 19. Especto infrarrojo corrida 5. Fuente: Autor
IQ-2006-1-21
53
Figura 20. Especto infrarrojo corrida 11. Fuente: Autor
De la figura 14 a la figura 20 se muestran los espectros de los productos que se obtuvieron a diferentes condiciones de trabajo. En las figuras se muestra la presencia de los dos grupos más representativos que conforman la monoetanolamida de palma, en primer lugar entre 3100cm-1 y 3500cm-1 se localiza una banda amplia e intensa generada por el estiramiento del enlace O-H demostrando la presencia del grupo hidroxilo y en 1620cm-1 se encuentra la banda de absorción del grupo amida primaria (-CONH) generada por vibración de
estiramiento del enlace C O , sobre los 3300cm-1 se muestra un sobresalto causado por el estiramiento simétrico del enlace primario de N-H, sobre 1500cm-1 existe una banda que se produce por la deformación del enlace N-H, aunque en estas dos ultimas no es claro si se forman por la presencia de la amida o por la amina que no reacciona.
Alrededor de 2900cm-1 y 2800 cm-1 sobresalen dos bandas que identifican el
estiramiento del enlace C-H mientras que en 1300 cm-1 se muestra pequeños
sobresaltos que muestran la deformación de este enlace. Sobre 1000cm-1 se
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observa una banda de intensidad media característica del estiramiento del enlace
C-O.
Entre los productos paralelos se obtienen en la reacción se encuentran los
ésteres, ésteres de amina y ésteres de amida pero dentro de todos los espectros
no se genero la banda característica del grupo éster generada por el estiramiento
del enlace C O producida alrededor de los 1700 cm-1.
7.2.1.3 Punto de fusión
Tabla 17. Resultados de la temperatura de fusión del producto final
Fuente: Autor
Corrida
Temperatura
(ºC)
%
Catalizador
Relación
molar
Temperatura
Fusión (ºC)
1 120 0,6 1:5 82
2 120 0,9 1:5 82
3 100 0,6 1:5 81
4 120 0,6 1:5 82
5 120 0,3 1:5 81
6 120 0,6 1:4 79
7 120 0,6 1:5 80
8 120 0,6 1:5 79
9 120 0,6 1:6 83
10 120 0,3 1:5 78
11 140 0,6 1:5 82
12 120 0,9 1:5 79
13 100 0,6 1:5 80
14 120 0,6 1:4 81
15 120 0,6 1:5 79
16 120 0,6 1:6 80
17 140 0,6 1:5 81
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Al realizar el análisis estadístico de los datos obtenidos en la experimentación en
el programa Desing Expert® no se pudieron ajustar a ningún modelo.
El punto de fusión depende básicamente del número de carbonos presentes en las
moléculas que componen el producto, de su configuración estructural y del
número de instauraciones. La monoetanolamida de aceite de palma es un
compuesto formado por más de 20 átomos de carbono por esta razon se esperan
puntos de fusión elevados.
El rango de las temperaturas de fusión de la monoetanolamida de palma obtenida
se encuentra entre 78ºC-83ºC.
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8 Conclusiones y recomendaciones
8.1 Conclusiones
• Con el análisis de espectrometria infrarrojo se puede ver la obtención de
monoetanolanida de palma, sin importar las condiciones de temperatura,
relación molar entre reactivos y porcentaje de catalizador de la reacción.
• Para la superficie de respuesta del porcentaje de amida libre y la de amina libre
se encontró que el modelo que mejor ajusta los datos es el modelo cuadrático.
• La temperatura de operación es el factor que influye de manera significativa la
producción de monoetanolamida de palma, como lo indica el análisis ANOVA y
las figuras que relacionaron esta variable. La relación molar de alimentación
entre los reactivos es el factor que menos influye, por esta razón se sugiere
trabajar con una proporción 1:4. La presencia del catalizador es importante en
la obtención de amida y en las figuras que relacionan este factor se puede ver
que es el segundo más influyente
• La relación entre la temperatura y el porcentaje de catalizador es la interacción
que permite obtener mayores porcentajes de amida, a 140ºC y 0.9% de KOH
se obtiene casi un 68% de monoetanolamida de palma, mientras que la
relación entre la proporción molar de los reactivos y la cantidad de KOH
mantiene una producción media de producción que oscila entre 60% y 64%.
• Aunque la mayor calidad de amida presente no se puede visualizar en las
figuras que se analizaron, en los datos obtenidos se muestra que se logra en el
punto máximo de cada factor (140ºC, 0.9% de KOH y 6 moles de MEA).
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8.2 Recomendaciones
• Tratar que las condiciones de almacenamiento del aceite de palma sean las
más adecuadas, es decir que no este en constante contacto con el aire porque éste modifica sus principales propiedades (humedad y acidez).
• Trabajar con monoetanolamina cristalina, esto quiere decir que su color sea
completamente transparente y no posea ninguna turbidez blanca, así se puede garantizar que las propiedades de este durante la experimentación se mantienen constantes.
• El factor que menos afecta la producción de monoetanolamina de palma es
la relación molar de alimentación, por esta razón, se recomienda trabajar con 4 moles de MEA.
• La temperatura es el factor más significativo, por esto, se recomienda
trabajar con temperaturas altas, en el proyecto el valor mas elevado de trabajo fue 140ºC por las condiciones del equipo, pero si es posible, la literatura recomienda trabajar hasta 180ºC.
• El KOH fue el catalizador que se utilizó pero este no tuvo una influencia
muy significativa sobre la producción de la amina. En la literatura se muestran otros catalizadores como el acido p-tolueno sulfónico (APTS), el ácido sulfúrico, metóxido de sodio y óxido de zinc y seria pertinente hacer un estudio con estos para mirar su comportamiento durante la reacción.
• Durante la experimentación se debe ser muy precisos de definir la hora en
que el reactor alcanzo la temperatura de operación para que las tres horas de reacción sean lo mas exactas, porque sino la reacción se continuaría incrementando la producción de monoetanolamida de palma y no sé podría hacer análisis puntual sobre las condiciones de trabajo.
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9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. AVENDAÑO, Ruth. Estudio de alternativas de producción de los principales derivados grasos de las alcanolamidas. Proyecto de grado. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingeniería Química. 1989.
2. BACCA RODRÍGUEZ, Andrés Federico (2001). “Obtención de laurel amida”. Tesis de pregrado. Facultad de ingeniería. Departamento de ingeniería química. Universidad Nacional de Colombia.
3. BAILEY, Alton Edward. Baileys Industrial Oil & Fat Products. Hoboken, NJ:John
Wiley & sons . 6th ed. 2005. 4. CUELLAR, Mónica. “Biodiesel en Colombia: visión y estrategias. Estado de
avance del proyecto. Palmas Vol. 26. 2005 5. Espectroscopia infrarroja. Pagina Web recuperada el 13 de junio del 2006 en:
mazinger.sisib.uchile.cl/.../ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ m20029101336espectroscopiainfrarroja.doc.
6. FEDEPALMA. Oleoquímica. Pagina web recuperada el 8 de enero del 2006 en
http://www.cenipalma.org. 7. Fedepalma. “Estudio de pre-Factibilidad para el montaje de una planta de
producción de alcoholes grasos a partir de palmaste y metil ésteres a partir de aceite de palma”. 2001.
8. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS. Normas tecticas
colombianas: NTC 218 NTC 283, NTC 4659
9. K.Dzulkefly, S. Hamdan, D.Zaizi, K.Anuar and M. Badri. “sintesis and characteritation momoethanolamide from palm oil. En Elaeis. Vol. 9.
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10. MONTGOMERY, Douglas C. “Diseño y análisis de experimentos”. Limusa Wiley, Mexico. 2002.
11. MORRISON, Robert. Química Orgánica 3ª edición. México. Fondo educativo interamericano. 1992.
12. SALAGER, Jean Louis. Surfactantes tipos y usos. Página Web recuperada el 15 de enero del 2006 en: www.firp.ula.ve
13. SCHICH, M.J. “Nonionic Surfactants”. Martin J. Schick , New York. 1966
14. Urresta A. J.D., Quiñones E.L, VargasJ. L.A., Ramirez AE, Gutierrez P. J.V. Obtención de alcanolamidas utilizando aceite de palma por medio de catálisis heterogénea. En Palmas.
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ANEXO A. Productos obtenidos
Experimento No. 1
Experimento No. 2
Experimento No. 3
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Experimento No. 4
Experimento No. 5
Experimento No. 6
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Experimento No. 7
Experimento No. 8
Experimento No. 9
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Experimento No. 10
Experimento No. 11
Experimento No. 12
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Anexo B. Normas usadas para la caracterización de la materia prima y el producto final.
NORMA TECNICA COLOMBIANA ICONTEC N.218 GRASAS Y ACEITES: METODO DE LA DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ
1. OBJETIVO 1.1 Esta norma tiene por objetivo establecer un método cuantitativo para determinar la acidez en aceites y grasas. 2. DEFINICIONES A efectos de esta norma se establecen las siguientes: 2.1 Acidez: cantidad de ácidos grasos libres en un aceite o grasa expresada en gramos de acido que indique la norma ICONTEC correspondiente a cada producto, por 100g de muestra. 2.2 índice de acidez: cantidad en miligramos de hidróxido de potasio requerido para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos en 1 g de aceite o grasa. 2.3 Grado de acidez: cantidad en centímetros cúbicos de hidróxido alcalino normal requerido para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos en 100 g de aceite o grasa. ENSAYOS 6.1.1 Balanza analítica 6.1.2 Erlenmeyer de 250 cm3 6.1.3 Bureta de 25 cm3 Reactivos 6.2.1 los reactivos utilizados deben corresponder a la calida de reactivos para análisis 6.2.2 Etanol, al 95 % en volumen 6.2.3Hidroxido de sodio o de potasio, de las concentraciones indicadas en la tabla 1 6.2.4Fenolftaleina en solución al 1% en alcohol de 95% en volumen 6.2.5Solucion de azul-alcali 6B o timolftaleina. Se puede usar por la fenolftaleína cuando se trata de aceites oscuros. 6.3 PROCEDIMIENTO 6.3.1 Se pesa una cantidad adecuada de aceite o grasa, de acuerdo con lo indicado en la tabla 1 y se coloca en un Erlenmeyer de 250 cm3 Tabla 1: Sustancias que deben emplearse en la determinación de la acidez Ácidos grasos libres en %
Masa de la muestra en gramos Alcohol en cm3
Concentración de la solución de álcali
0,0 a 0,2 56,4 ± 0,2 50 0,1N 0,2 a 10 28,2 ±0,2 50 0,1N
1,0 a 30,0 7,05 ± 0,05 75 0,25N 30,0 a 50,0 7,05 ± 0,05 100 0,25 o 0,1 N 50,0 a 100 3,525 ± 0,001 100 1,0N
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6.3.1.1 La masa del aceite o de la grasa tomado para el ensayo y la concentración del álcali usado para la titilación deben ser tales, que el volumen del álcali usado en la titilación no exceda de 10cm. 6.3.2 En un segundo Erlenmeyer se coloca el volumen de etanol indicado en la tabla 1 e se lleva a ebullición, mientras esta aun, por encima de 70ºC se neutraliza con solución 0,1N de álcali, usando 0,5 cm3 del indicador escogido. 6.3.3 Se vierte el etanol neutralizado sobre el aceite del primer Erlenmeyer y se mezcla el contenido. Se lleva a ebullición, mientras está lo más caliente posible se titula con la solución de álcali, de concentración adecuada (Ver tabla 1) agitando vigorosamente durante la titilación. El punto final de la titi lación se alcanza cuando la adición de una sola gota produce un l igero pero definido cambio de color que persiste por lo menos durante 30 s. 6.3.3.1 en las determinaciones sobre sustancias que producen soluciones de color oscuro, la observación del punto final de la titulación puede facilitarse en dos formas: 6.3.3.1.1 Sustituyendo la fenolftaleína por azul-álcai 6B o timolftalina. 6.3.3.1.2 Adicionando 1 cm3 de solución al 0,1% de azul de metileno a cada 100 cm3 de fenolftaleína antes de la titulación. 6.4 Interpretación de resultados: la acidez se calcula mediante las siguientes ecuaciones: 6.4.1 Acidez expresada en % de acido oleico:
mNv
A**2,28
=
6.4.2 Acidez expresada en % de acido palmitito:
mNv
A**6,25
=
6.4.3 Acidez expresada en % de acido laúrico:
mNv
A**0,20
=
Siendo: v = Volumen de solución de hidróxido de sodio empleado en el ensayo en cm3 N = Normalidad de la solución de hidróxido de sodio empleado en el ensayo m = La masa de muestra en gramos 282 = Masa molecular del acido laúrico 6.5 Informe: En este deben hacerse las siguientes indicaciones: 6.5.1 El numero de la muestra o cualquier otro indicador que la identifique. 6.5.2 El porcentaje de acidez en acido laurico en los aceites crudos y refinados de almendra de
palma, aceite de coco y otros aceites de este tipo; en acido palmitito en el aceite de palma y ácido oleico en todos los otros aceites.
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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA ICONTEC Nº 283 GRASAS Y ACEITES: METODO DE DETERMINACIÓN DEL INDICE DE YODO
1 OBJETIVOS 1.1 Esta Norma tiene por objeto establecer los métodos para la determinación del índice de yodo en los aceites y grasas. 2 DEFINICIONES 2.1 Índice de yodo: numero de gramos de yodo que se combinan con 100 g de sustancia grasa en las condiciones previstas por la presente norma. 6 ENSAYOS 6.1 método de Wijs 6.1.1 Principio del método: Este método consiste en someter una cantidad, exactamente pesada, de aceite limpio y seco, a la acción del reactivo de Wijs (solución de monoclorudo de yodo en acido acético) y luego de un tiempo determinado, valorar el yodo en exceso, mediante el empleo de solución de trisulfato de sodio. Con este dato, se calcula el índice de yodo correspondiente a al muestra ensayada. El ensayo se efectúa por duplicado con la muestra y con el blanco. 6.1.2 Aparatos 6.1.2.1Balanza analítica. 6.1.2.2 matraz de 500 ml con tapón esmerilado. 6.1.2.3 Pipetas de 20 ml. 6.1.2.4 Pipetas de 25 ml. 6.1.2.5 Buretras graduadas al 0,1 ml. 6.1.2.6 Matraz volumétrico, de 100 ml con tapón esmerilado. 6.1.2.7 Papel de filtro Whatman Nº. 41, s&s 589 cinta negra o sus equivalentes. 6.1.3 Reactivos 6.1.3.1 Acido acético glacial, cuya pureza se debe ensayar de la siguiente manera: se diluyen 2 ml de ácido acético glacial en 10 ml de agua destilada y se añade 0,1 ml de solución 0,1 n de permanganato de potasio. Después de 2 horas la coloración rosada debe persistir. 6.1.3.2 Tetracloruro de carbono, puro y seco. 6.1.3.3 Solución de almidón, recientemente preparada. Se prepara una pasta homogénea con un gramo de almidón soluble y agua destilada fría y se diluye la mezcla hasta 100 ml de agua destilada, se lleva a ebullición y se enfría a temperatura ambiente antes de emplearla. 6.1.3.4 Solución de 0,1n de tiosulfato de sodio, puro. 6.1.3.5 Solución de yoduro de potasio. Se disuelve 15 g de yoduro de potasio puro en 100 ml de agua destilada.
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6.1.3.6 Cloroformo 6.1.3.7 Solución de Wijs. Esta solución puede prepararse a partir del yodo o a partir del tricloruro de yodo así: 6.1.3.7.1 A partir del yodo. Se disuelven 13 gr de yodo en 1000 ml de acético glacial. Una vez disuelto el yodo, se colocan 10 ml de esta solución medidos con la precisión de 0,1 ml, mediante una buretra, en un frasco erlenmeyer de 300 ml; se añaden 10 ml de la solución de yoduro de potasio (preparada según el numeral 6.1.5.5) y 50 ml de agua destilada y se valora el yodo con la solución 0,1N de tiosulfato de sodio empleando solución de almidón como indicador. Se separan unos 30 ml de la solución de yodo y a través del resto se hace pasar por una corriente de cloro (este debe hacerse pasar por ácido sulfúrico) hasta que la solución comience a aclararse. Se valoran 10 ml de esta solución en las mismas condiciones anteriores. La cantidad de cloro añadido debe ser suficiente para que el volumen de solución de tiosulfato utilizado sea ligeramente inferior al doble del utilizado en la primera valoración. Esto se comprueba valorando porciones de 10 ml de la solución después de cada adición de cloro. Se añade finalmente la cantidad necesaria de los 30 ml separados hasta eliminar el exceso eventual de cloro y se mezclan con cuidado. 6.1.3.7.2 A partir de tricloruro de yodo: se disuelven 10 g de tricloruro de yodo en 300 ml de tretacloruro de carbono y 700 ml de ácido glacial (de una calidad tal que cuando 10 ml de ácido sulfúrico, de densidad 1,84, que contenga 0,05 ml de solución saturada de dicromato de potasio se añade a 10 ml de ácido acético glacial, no se produzca coloración verde). Se valora la solución con solución valorada de tiosulfato de sodio como sigue: 6.1.3.7.2.1 se miden exactamente 25 ml de solución de triclururo de yodo, en un Matraz seco y limpio de 600 ml de capacidad provisto de un tapón de vidrio. Se añaden 15 ml de solución de yoduro de potasio (preparada según el numeral 6.1.3.5) y 100 ml de agua y se valora con la solución de tiosulfato, agitando vigorosamente. La cantidad de solución util izada debe ser de 31-37 ml; si no es así, debe añadirse más tricloruro de de yodo o diluir con la mezcla solvente. 6.1.3.7.2.2 El equivalente de yodo de la solución es:
2
31 **V
TVeE
E = Equivalente de yodo en la solución. e = peso en gramos de yodo equivalente a 1 ml de solución de trisulfato de sodio. V1 = Volumen en ml de la solución de tricloruro de yodo T3 = Volumen en ml de la solución de bisulfato, usado en la valoración. V2 = Volumen en ml de la solución de tricloruro de yodo usado en la valoración. 6.1.3.7.2.3 se le agregan a la solución 0,55 E g de yodo para asegurar que no existe tricloruro de yodo presente. Cuando todo el yodo se ha disuelto, se toman V2 ml de esta solución y se valora con la solución 0,1 N de tiosulfato de sodio. La de tiosulfato de sodio debe estar entre 1,505 T3 y 1,510 T3 ml. Si la cantidad requerida es menor de 1,505 T3 ml se añade más yodo hasta alcanzar la cantidad deseada. Cuando la solución este lista debe tener un color oscuro; no debe usarse hasta tres días después de su preparación. La solución debe guardarse en un lugar oscuro. 6.1.4 preparación de la muestra: se funde la muestra si no esta totalmente liquida (la temperatura durante la fusión y el fil trado no debe exceder en más de 10ºC el punto de fusión de la muestra). Y se pasa a través del papel de fi ltro para eliminar las impurezas y trazas de humedad. 6.1.5.1 Cada ensayo comprenderá dos determinaciones sobre la muestra y dos determinaciones en blanco, efectuando las operaciones en forma que medie entre ellas el menor intervalo de
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tiempo posible y en el orden siguiente: 1º determinación en blanco; 2º y 3º determinación con la muestra y 4º determinación en blanco. 6.1.5.2 todo el equipo de vidrio, antes de ser empleado en la determinación debe limpiarse con mezcla sulfurónica, lavarse y secarse cuidadosamente. 6.1.5.3 Se pesa la muestra; se introduce en un frasco o matraz de 500 ml con tapón esmeraldado y se agregan 20 ml de tetracloruro de carbono o de cloroformo. La cantidad de muestra tomada debe ser tal que la cantidad de solución de Wijs añadida asegure un exceso de 50 a 60% de la cantidad añadida, es decir de 100 a 150% de la cantidad absorbida. La taba 1 indica la relación entre la cantidad de muestra y el índice de yodo.
Tabla 1
Menor de 3 10,0000 10,000 ±0,001
3 10,5760 8,4613 ±0,005 5 6,3460 5,0770 ±0,0005
10 3,1730 2,5384 ±0,0002 20 1,2865 0,8461 ±0,0002 40 0,7935 0,6346 ±0,0002 60 0,5288 0,4231 ±0,0002 80 0,3966 0,3173 ±0,0001
100 0,3173 0,2538 ±0,0001 120 0,2644 0,2115 ±0,0001 140 0,2266 0,1813 ±0,0001 160 0,1983 0,1587 ±0,0001 180 0,1762 0,1410 ±0,0001 200 0,1586 0,1269 ±0,0001
6.1.5.4 Con una pipeta se añaden 25 ml de la solución de Wijs en el matraz que contiene la muestra y se agita, se tapa y se agregan unas gotas de yoduro de potasio alrededor del tapón para asegurar el cierre. Se deja reposar en un lugar oscuro durante 30 minutos a una temperatura de 25 ± 5ºC 6.1.5.5 Se agregan 20 ml de la solución al 145% de yoduro de potasio y 100 ml de agua 0,1 N de tiosulfato de sodio, empleado en una bureta graduada al 0,1 ml hasta que casi desaparezca el color amarillo. Se añaden 2 ml de la solución de almidón y se continúa la valoración hasta que se desaparezca el color azul. 6.1.6interpretacion de los resultados 6.1.6.1 el índice de yodo se calcula en la siguiente forma:
GNVV
I69.12**)( 2−
=
Peso de la muestra en (g) Índice de yodo
100% en exceso
150% en exceso
Precisión de la pesada (g)
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I índice de yodo. V promedio de los volúmenes en ml de solución 0,1 N de tiosulfato de sodio empleados en las determinaciones en blanco. V2 Volumen en ml de solución de tiosulfato de sodio empleado en las determinaciones sobre la muestra. G peso en gramos de la muestra. N Normalidad de la solución de tiosulfato se sodio. 6.1.6.2 los valores obtenidos para aceites de la misma muestra deben concordar dentro de1%
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA ICONTEC Nº. 4659 GRASAS Y ACEITES: DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD. MÉTODO DE
KARL-FISHER
Advertencia La piridina, el metanol, cloroformo y dióxido de azufre son sustancias químicas venenosas. Por lo tanto, se debe tener cuidado especial durante el análisis y remoción de los rehuidos. Se deben consultar las restricciones de uso de estas su stancias químicas (leyes sobre venenos, l imites máximos de exposición de los trabajadores) con el fin de proteger el ambiente y los trabajadores.
1. OBJETO 2. 1.1 La presente norma especifica un método, usando reactivo de Karl-Fischer, para la
determinación del contenido de agua de las grasas y aceites vegetales y animales (de aquí en adelante se denominaran grasas) que no contienen impurezas, tales como los jabones u otros compuestos alcalinos que pueden reaccionar para producir resultados altos. Solamente se aplica a grasas con alto contenido.
3. DEFINICIONES Para los propósitos de esta norma, se aplica la siguiente definición. 3.1 contenido de agua: masa de agua, como se determina con el método especificado en la
presente norma, dividida por la masa de porción de ensayo. Se expresa como un porcentaje por masa.
4. PRINCIPIO Adición de una proporción de ensayo a una mezcla preparada de solvente y reactivo. Titilación con el reactivo Karl-Fischer y cálculo de contenido de agua. 5. REACTIVOS Se deben usar solamente reactivos de grado analítico reconocido y agua que cumpla con el grado 2. 5.1 Solvente anhidro: 2-metoxietanol, 1-propanol, o un solvente específico preparado comercialmente. 5.2 Reactivo de Karl-Fischer: de preferencia preparado comercialmente. Se puede usar un reactivo sin piridina, si se ha demostrado que es adecuado. Se determina el equivalente de agua del reactivo cada día que se usa. 5.3 Tartrato disodico dihidratado: (Na2C4H4O6*2H2O) cristalino
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6. APARATO El equipo usual de laboratorio, y en particular el siguiente: 6.1 aparato de Karl-Fischer: completamente automático o semiautomático, con detección electrométrica o determinación final. Es esencial usar un recipiente hermético, lo cual evitara la reacción con la humedad del aire, y también agitar eficientemente el contenido del vaso de reacción. 8. PREPARACIÓN DE MUESTRA DE ENSAYO 8.1 Muestra sólida: la muestra se calienta 10ºC por encima de su punto de fusión. Si la muestra es clara se continúa con el procedimiento descrito en el numeral 9. Si la muestra es turbia o contiene algún sedimento, se filtra en caliente. El filtrado debe ser claro. 8.2 Muestra liquida: La muestra se filtra si presenta alguna impureza o turbidez. 9. PROCEDIMIENTO 9.1 Se agrega solvente (véase numeral 5.1) al recipiente de reacción del aparato Karl-Fischer (véase numeral 6.1) hasta sumergir en el electrodo. Mientras se agita, se agrega el reactivo Karl-Fischer (véase numeral 5.2) hasta alcanzar el punto final, como lo indica la lectura del instrumento o mediante un cambio en el color. No se tiene la cantidad de reactivo usado. 9.2 Porción de ensayo: Se pesan de 5 g a 20 g de la muestra de ensayo con aproximadamente 0,01 g y se agita durante 30 segundos para dispersarlo. Se titula con el reactivo Karl-Fischer hasta el mismo punto final (véase numeral 9.1). gSe registra la cantidad de reactivo usado. 9.4 Determinación del equivalente de agua del reactivo: el equivalente de agua de el reactivo se debe determinar o verificar siguiendo el procedimiento de los numerales 9.2 y 9.3, usando tartrato disodico dihidratado (véase numeral 5.3) o una masa conocida de agua. 10. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS El contenido de agua se da por la ecuación:
mrV
W%100**
=
W= contenido de agua, expresado como porcentaje de agua. V = volumen en milili tros de reactivo de Karl-Fischer usado.
r = equivalente de agua del reactivo de Karl-Fischer en gramos por milili tro. m = Masa, en gramos, de la porción de ensayo.
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ANEXO C. Data sheet de las materias prima
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POTASSIUM HYDROXIDE ICSC: 0357
October 2000
Caustic potash Potassium hydrate Potassium lye
CAS No: 1310-58-3 RTECS No: TT2100000 UN No: 1813 EC No: 019-002-00-8
KOH Molecular mass: 56.1
TYPES OF HAZARD / EXPOSURE
ACUTE HAZARDS / SYMPTOMS PREVENTION FIRE FIGHTING
FIRE
Not combustible. Contact with moisture or water may generate sufficient heat to ignite combustible materials.
In case of fire in the surroundings: all extinguishing agents allowed.
EXPOSURE AVOID ALL CONTACT!
IN ALL CASES CONSULT A DOCTOR!
Inhalation
Corrosive. Burning sensation. Sore throat. Cough. Laboured breathing. Shortness of breath. Symptoms may be delayed (see Notes).
Local exhaust or breathing protection.
Fresh air, rest. Half-upright position. Artificial respiration if indicated. Refer for medical attention.
Skin
Corrosive. Redness. Pain. Blisters. Serious skin burns.
Protective gloves. Protective clothing.
Remove contaminated clothes. Rinse skin with plenty of water or shower. Refer for medical attention.
Eyes
Corrosive. Redness. Pain. Blurred vision. Severe deep burns.
Face shield, or eye protection in combination with breathing protection if powder.
First rinse with plenty of water for several minutes (remove contact lenses if easily possible), then take to a doctor.
Ingestion
Corrosive. Abdominal pain. Burning sensation. Shock or collapse.
Do not eat, drink, or smoke during work.
Rinse mouth. Do NOT induce vomiting. Give plenty of water to drink. Refer for medical attention.
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SPILLAGE DISPOSAL PACKAGING & LABELLING
Sweep spilled substance into suitable containers. Wash away remainder with plenty of water. (Extra personal protection: complete protective clothing including self-contained breathing apparatus).
C Symbol R: 22-35 S: (1/2-)26-36/37/39-45 UN Hazard Class: 8 UN Pack Group: II
Unbreakable packaging; put breakable packaging into closed unbreakable container. Do not transport with food and feedstuffs.
EMERGENCY RESPONSE STORAGE
Transport Emergency Card: TEC (R)-123 NFPA Code: H 3; F 0; R 1
Separated from strong acids, metals, food and feedstuffs. Dry. Well closed. Store in an area having corrosion resistant concrete floor.
IMPORTANT DATA
Physical State; Appearance WHITE, DELIQUESCENT SOLID, WITH NO ODOUR.
Chemical dangers The substance is a strong base, it reacts violently with acid and is corrosive in moist air to metals such as zinc, aluminium, tin and lead forming a combustible/explosive gas (hydrogen - see ICSC0001). Reacts with ammonium salts to produce ammonia and causing fire hazard. Attacks some forms of plastics, rubber or coatings. Rapidly absorbs carbon dioxide and water from air. Contact with moisture or water will generate heat (see Notes).
Occupational exposure limits TLV: 2 mg/m³ (ceiling values) (ACGIH 2000. MAK not established.
Routes of exposure The substance can be absorbed into the body by inhalation of its aerosol and by ingestion.
Inhalation risk Evaporation at 20°C is negligible; a harmful concentration of airborne particles can, however, be reached quickly.
Effects of short-term exposure Corrosive. The substance is very corrosive to the eyes, the skin and the respiratory tract. Corrosive on ingestion. Inhalation of an aerosol of this substance may cause lung oedema (see Notes).
Effects of long-term or repeated exposure Repeated or prolonged contact with skin may cause dermatitis.
PHYSICAL PROPERTIES ENVIRONMENTAL DATA
Boiling point: 1324°C Melting point: 380°C Density: 2.04 g/cm³ Solubility in water, g/100 ml at 25°C: 110
This substance may be hazardous to the env ironment; special attention should be giv en to water organisms.
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ANEXO D. Cálculos en excel D 1. Resultados del porcentaje de amina libre y amida presente
Tabla D 18. Tabla de resultados. Fuente: Autor
Experim ento Amina Total (%) Ácido Graso Libre
(%) Am inoéster
(%) Amina libre
(%) Ácido Graso total
(%) Amida (%)
1 35,5 0,27 12,3 25,3 o 52,1 82,3 2 29,5 0,28 11,8 19,7 58,2 81,6 3 36,3 0,31 12,1 26,3 50,0 81,3 4 30,0 0,28 10,8 21 57,8 82,8 5 36,7 0,47 12,7 26,2 50,8 81,8 6 37,5 0,33 12,4 27,2 46,9 79,3 7 35,7 0,51 13,4 24,6 51,1 80,1 8 33,2 0,41 11,3 23,8 51,5 79,7 9 37,4 0,43 13,2 26,4 51,4 82,7 10 32,2 0,43 12,5 21,8 53,7 79,4 11 33,4 0,44 12,1 23,4 54,5 82,2 12 33,5 0,30 11,9 23,6 52,3 80,4 13 36,1 0,39 13,3 25,1 50,8 80,6 14 35,3 0,40 12,8 24,7 52,2 81,5 15 36,1 0,42 11,9 26,2 48,2 79,3 16 38,9 0,43 14,1 27,2 47,9 80,2 17 31,2 0,45 13,1 20,3 57,5 81,4
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D 2. Cálculos para la amina total
Tabla D 19. Resultados de la amina total. Fuente: Autor Muestra Blanco Experim ento Vol. H5ClO7(ml) Vol. H5ClO7(m l) Masa Muestra (g) % Am ida Total
1 19,5 0,7 1 36 2 16,3 0,7 1 29 3 19,9 0,7 1 36 4 16,5 0,7 1 30 5 20,1 0,7 1 37 6 20,5 0,7 1 37 7 19,6 0,7 1 36 8 18,2 0,7 1 33 9 20,4 0,7 1 37 10 17,7 0,7 1 32 11 18,3 0,7 1 33 12 19,4 0,7 1 35 13 19,8 0,7 1 36 14 19,3 0,7 1 35 15 19,8 0,7 1 36 16 21,2 0,7 1 39 17 17,2 0,7 1 31
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D 3. Cálculos para el porcentaje de ácidos grasos libres.
Tabla D 20. Resultados de l porcentaj e de ácidos grasos libres. Fuente: Autor
Muestra Experim ento Vol. NaOH(m l) Masa Muestra (g) % ácidos grasos libres
1 13 10 0,27 2 13,5 10 0,28 3 14,6 10 0,31 4 13,3 10 0,28 5 22,2 10 0,47 6 15,9 10 0,33 7 24,31 10 0,51 8 19,4 10 0,41 9 20,5 10 0,43 10 20,6 10 0,43 11 20,9 10 0,44 12 14,5 10 0,30 13 18,6 10 0,39 14 18,9 10 0,40 15 20,1 10 0,42 16 20,3 10 0,43 17 21,4 10 0,45
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D 4. Cálculos para el porcentaje de aminoestres.
Tabla D 21. Resultados del porcentaje de aminoesteres. Fuente: Autor
Muestra Blanco
Exper imento Vol.
H5ClO7(ml) Vol.
H5ClO7(ml) Masa Muestra (g) % Aminoesteres 1 10,3 0,7 1 12,1 2 10 0,7 1 11,8 3 10,2 0,7 1 12,0 4 9,2 0,7 1 10,8 5 10,7 0,7 1 12,7 6 10,5 0,7 1 12,4 7 11,3 0,7 1 13,4 8 9,6 0,7 1 11,3 9 11,1 0,7 1 13,2 10 10,6 0,7 1 12,5 11 10,3 0,7 1 12,1 12 10,1 0,7 1 11,9 13 11,2 0,7 1 13,3 14 10,9 0,7 1 12,9 15 10,1 0,7 1 11,9 16 11,8 0,7 1 14,0 17 11 0,7 1 13,0
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![Amidas Final[1]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/5571fadd4979599169935686/amidas-final1.jpg)
